Специални случаи на къс тръбопровод
Тръбен поток под нивото.
В този случай уравнението на Бернули ще има малко по-различна форма.
Избираме равнината за сравнение 0-0 по такъв начин, че всички секции на тръбопровода да лежат на равнината. Избираме изчислените секции:
1-1 - върху свободната повърхност на течността в резервоара под налягане,
2-2 - върху свободната повърхност на течността в приемния резервоар.
Записваме оригиналната форма на уравнението на Бернули:
В раздели 1-1 и 2-2 са известни следните количества (виж Фиг. 50):
По този начин, след заместване на посочените стойности в оригиналното уравнение, получаваме окончателната форма на уравнението на Бернули за случая, показан на фигура 50:
Загубата на налягане(∑h1-2)все още е неизвестна в уравнението. Те се изчисляват подобно на загубите в обикновен хидравлично къс тръбопровод.
Сифонен тръбопровод.
Сифонен тръбопровод (сифон) е гравитационна тръба, част от която е разположена над течния хоризонт в съда, който го захранва (фиг. 51).
Ние се ограничаваме до разглеждане на изтичането от сифона под нивото. За да работи сифонът, е необходимо първо да се отстрани въздухът от него и да се създаде първоначален вакуум в него. След като се напълни с течност, движението ще започне от горния съд към долния. Движението се извършва под въздействието на разликата в нивата.
Фигура 51 - Сифонен тръбопровод.
Фактът, че течността в такава тръба ще се движи, може да се види от следното. Нека очертаем сечението на тръбатаn-nи означим превишението му над течния хоризонт: в левия съд - презh1, в десния съд - презh2.
Ако приемем, че течността, запълваща сифона, е в покой, тогава можем да напишем:
-налягане в секцияn-nот лявата странаp1= paatm – h1γ
- налягане в секцияn-nот дясната странаp2=patm – h2γ
където:V- скорост в тръбата;pn- налягане в секцияn-n.
Загубата на глава може да се определи по обичайната формула:
където:ζ ! = (ζ+λ L/d)е общият коефициент на съпротивление на системата.
След трансформацията получаваме следната форма на уравнението:
Използвайки тази формула, можете да изчислите вакуума във всяка секция на тръбата, но(hvac)maxтрябва да бъде по-малко от допустимото(hvac)adm, в противен случай може да възникне кавитация. Обикновено(hvac)add= 6-7 m. Изкуство.
Комплексен тръбопроводен дизайн
Елементите на сложен тръбопровод включват следното: последователно свързване на тръби с различни диаметри; паралелна връзка; тръбопровод с променлив поток по пътя; пръстен тръбопровод; отворена мрежа.
Серийна връзка
Когато тръбопроводи с различни диаметри са свързани последователно, се приема, че общата загуба на налягане в тръбопровода е равна на сумата от загубите на налягане в отделните му секции. Да приемем, че диаметрите на секциитеdiса различни, тогава общата загуба на напор е равна на сумата от загубите в отделните секции:
За хидравлично къс тръбопровод загубите се определят по формулите на Weisbach и Darcy-Weisbach, а за хидравлично дълъг тръбопровод загубите се определят по формулата:
,
къдетоKе модулът на дебита.
Или за целия тръбопровод
.
Фигура 52 - Диаграма на серийно свързване и характеризиране
Графично-аналитични методи често се използват при изграждането на хидравлични характеристики на участъци и мрежи, особено с променлив поток вмрежи.
Характеристика на тръбопровод или секция е графична зависимост на загубите на напор (налягане) в тръбопровода от флуидния потокhp=f(Q). Нека изобразим тази зависимост графично (фиг. 52).
За да се построи характеристикатаhp=f(Q)е необходимо да се изчислят 5-7 точки от кривата. При изчисляване на последователно свързани тръбопроводи трябва да се помни, че един и същ поток протича през всички секции на такъв тръбопровод.
Крива I съответства на хидравличната характеристика на първия участък, крива II съответства на втория участък. Тъй като общите загуби в целия тръбопровод са равни на сумата от загубите на налягане в двете секции, а дебитите в секция 1 и секция 2 са еднакви, тогава за изграждане на общата характеристика на сложен тръбопровод с последователна връзка е необходимо да се добавят хидравличните характеристики на отделните секции. В този случай общата (обща) характеристика на такава мрежа се изгражда чрез добавяне на ординатите на криви I и II, които са характеристикитеhp=f(Q), съответно за 1-во и 2-ро сечение.
За да направим това, начертаваме поредица от прави линии, успоредни на оста y, всяка от които пресича двете криви, и добавяме ординатите на точките на пресичане на тези линии с кривите. Нека получим брой точки a,b,c, принадлежащи на новата крива I+II, която е желаната обща характеристика на целия разглеждан тръбопровод (мрежа).
Паралелна връзка
Тръбопроводите, свързани паралелно, имат обща точка на разклонение и общи точки на свързване. При изчисляване на тръбопровод с паралелни клонове се приема, че сумата от дебитите в отделните клонове е равна на общия потокQ1+Q2+…+Qn=Qи че загубата на напор във всички клонове е еднакваh1=h2=…=hn. Нека докажем тази позиция.
| I+II |
Фигура 53 - Схема на паралелно свързване и начертаване
В точкаA основният поток е разделен наnклонове, които се комбинират в точкаB, като допълнително образуват продължение на главния тръбопровод. ГлавитеHAиHBв точкитеA иB са общи за всеки от клоновете и тяхната разлика
,
едновременно за всеки от клоновете:
,
или
.
В система отnуравнения иn+1неизвестни. За затваряне на системата е необходимо още едно уравнение:
Процедурата за решаване е следната: ние ще изразим всички разходи чрез един от тях.
; ; ……; ;
след което получаваме
.
От тук намираме разхода и след това останалите разходи.
При изчисляване на тръбопровод с паралелно свързване на клонове също е удобно да се използва графично-аналитичен метод с изграждането на хидравлична характеристика на тръбопроводна мрежа. Тази характеристика се получава чрез добавяне на хидравличните характеристики на отделните тръби, за което е необходимо да се начертаят поредица от хоризонтални прави линии (защото загубите =hn), успоредни на абсцисната ос, и да се добавят, при постоянни ординати, абсцисите на техните пресечни точки с характеристиките на отделните секции (защото ).
Нека да покажем конструкцията на общата характеристика на такава мрежа (фиг. 53). Добавяме ординатите на криви I и II, които са характеристикитеhn=f(Q), съответно за 1-ва и 2-ра секции. За да направим това, начертаваме поредица от прави линии, успоредни на ординатната ос, всяка от които ще пресича двете криви, и добавяме ординатите на точките на пресичане на тези линии с кривите, ще получим поредица от точки a, b, c, принадлежащи на новата крива I + II, което е желаната обща характеристика на целия разглеждан тръбопровод (мрежа).
По този начин, законструкцияот общите характеристики на сложен тръбопровод е необходимо да се добавят характеристиките на отделни секции с паралелна връзка хоризонтално и с последователна връзка вертикално.
Често тръбопроводната мрежа има както последователно, така и паралелно свързани секции.
В този случай, за да се получи мрежова характеристика, се препоръчва първо да се получи общата характеристика на паралелно свързани секции и след това да се добави към характеристиките на последователно свързани секции.Фигура 54 показва пример за такава конструкция.
Ред 1 - характеристики на 1-ви раздел, редове 2-3 - характеристики съответно на 2-ри и 3-ти раздел. Линия 4 е общата характеристика на две паралелно свързани секции (2 + 3), а линия 5 е общата характеристика на мрежата.
Фигура 54 - Схема на сложна връзка и изграждане на характеристика.